燃料电池系统及其控制方法
【专利说明】燃料电池系统及其控制方法
[0001 ] 本申请主张基于在2014年11月13日提出申请的特愿2014-230864号的日本专利申请的优先权，并将其公开的全部通过参照而援引于本申请。
技术领域
[0002]本发明涉及燃料电池系统及其控制方法。
【背景技术】
[0003]固体高分子型燃料电池(以下，简称为“燃料电池”)具备在湿润状态下表现出良好的质子传导性的固体高分子的薄膜，燃料电池的内部的水分状态会对其发电效率造成影响。在燃料电池系统中，有时会计测表示燃料电池的内部电阻的阻抗来检测燃料电池内部的水分状态的变化(例如，日本特开2013-110019号公报)。
【发明内容】
[0004]已知的是燃料电池的内部电阻由于燃料电池的经年劣化等而变化。因此，在燃料电池发生了经年劣化的情况下，燃料电池的阻抗与燃料电池内部的水分状态之间的相关关系变化，存在无法准确地检测燃料电池的水分状态的可能性。一直以来，为了应用于燃料电池的运转控制，希望一种并不局限于燃料电池内部的水分状态，而且能够更准确地检测燃料电池的当前的状态的技术。
[0005]本发明为了解决至少上述的课题的一部分而作出，能够作为以下的方式实现。
[0006][I]根据本发明的一方式，提供一种燃料电池系统。该燃料电池系统可以具备燃料电池、阻抗计测部、控制部。所述阻抗计测部可以计测所述燃料电池的阻抗。所述控制部可以执行所述燃料电池的运转控制。所述控制部可以取得表示所述燃料电池处于规定的状态时的所述燃料电池的阻抗的第一阻抗值，并取得表示在运转控制中通过所述阻抗计测部计测到的所述燃料电池的阻抗的第二阻抗值，使用所述第一阻抗值和所述第二阻抗值来执行所述燃料电池的运转控制。根据该方式的燃料电池系统，通过使用第一阻抗值和第二阻抗值，能够更准确地检测例如燃料电池内部的湿润状态等燃料电池的状态，能够进行与燃料电池的状态对应的更适当的运转控制。
[0007][2]在上述方式的燃料电池系统中，可以的是，所述控制部使用所述第一阻抗值对所述第二阻抗值进行校正，基于校正后的所述第二阻抗值来执行所述燃料电池的运转控制。根据该方式的燃料电池系统，基于第一阻抗值而使第二阻抗值适当化，因此能够更准确地检测燃料电池的状态。
[0008][3]上述方式的燃料电池系统可以还具备存储所述第一阻抗值的存储部，所述控制部执行如下的更新处理:在所述燃料电池在运转中达到了所述规定的状态时，对存储于所述存储部的所述第一阻抗值进行更新，在所述更新处理中，所述控制部读入存储于所述存储部的所述第一阻抗值作为上次值，在所述燃料电池处于所述规定的状态时通过所述阻抗计测部取得所述燃料电池的阻抗作为本次值，使用所述上次值和所述本次值来算出更新后第一阻抗值，将所述更新后第一阻抗值作为所述第一阻抗值而存储于所述存储部。根据该方式的燃料电池系统，能够逐次地更新第一阻抗值，因此使第一阻抗值的值更加适当化。因此，基于阻抗的燃料电池的状态检测的精度进一步提高。
[0009][4]上述方式的燃料电池系统还具备检测所述燃料电池的运转温度的温度检测部，在所述燃料电池的运转温度处于规定的温度范围内时，所述控制部判断为所述燃料电池处于所述规定的状态，执行所述更新处理。根据该方式的燃料电池系统，在燃料电池处于适合于阻抗的测定的温度状态时，能够取得用于第一阻抗值的更新的本次值，第一阻抗值的可靠性提尚。
[0010][5]在上述方式的燃料电池系统中，可以的是，在所述燃料电池的运转温度持续规定的期间处于所述规定的温度范围内时，所述控制部判断为所述燃料电池处于所述规定的状态，执行所述更新处理。根据该方式的燃料电池系统，在燃料电池继续适合于阻抗的测定的温度状态时，能够取得本次值，能够抑制在燃料电池刚成为明显高温的状态之后等取得本次值的情况，能抑制第一阻抗值的可靠性的下降。
[0011][6]在上述方式的燃料电池系统中，可以的是，所述控制部以使所述本次值与所述更新后第一阻抗值之差减小的方式反映所述本次值与所述上次值之差而更新所述第一阻抗值。根据该方式的燃料电池系统，使第一阻抗值的值更加适当化。
[0012][7]在上述方式的燃料电池系统中，可以的是，所述控制部在更新所述第一阻抗值时使用表示反映所述本次值与所述上次值之差的程度的校正强度。若是该方式的燃料电池系统，则通过校正强度的变更，能够任意地控制用于第一阻抗值的适当化的学习速度。
[0013][8]上述方式的燃料电池系统可以还具备检测所述存储部被初始化的履历的初始化检测部，在所述初始化检测部检测到所述存储部被初始化的履历的情况下，所述控制部以使反映所述本次值与所述上次值之差的程度增大的方式变更所述校正强度。若是该方式的燃料电池系统，则存储部的存储内容被初始化之后的第一阻抗值的学习速度提高，因此能缩短第一阻抗值恢复至存储部的初始化前的值附近为止的时间。
[0014][9]在上述方式的燃料电池系统中，可以的是，所述存储部是第一存储部，所述燃料电池系统还具备:第二存储部，存储所述第一阻抗值的初始值;及初始化检测部，检测所述第一存储部被初始化的履历，在所述初始化检测部检测到所述第一存储部被初始化的履历的情况下，所述控制部将比存储于所述第二存储部的所述第一阻抗值的初始值大的值设定作为所述上次值，再次开始所述更新处理中的所述第一阻抗值的更新。若是该方式的燃料电池系统，则能缩短第一阻抗值恢复至存储部的初始化前的值附近为止的时间。
[0015][10]上述方式的燃料电池系统可以还具备向所述燃料电池供给反应气体的反应气体供给部，所述控制部执行所述反应气体供给部的控制作为使用所述第一阻抗值和所述第二阻抗值的所述燃料电池的运转控制。根据该方式的燃料电池系统，根据燃料电池的当前的阻抗而更适当地执行对于燃料电池的反应气体的供给。
[0016]上述的本发明的各方式具有的多个构成要素并非全部都为必须的要素，为了解决上述的课题的一部分或全部，或者为了实现本说明书记载的效果的一部分或全部，对于所述多个构成要素的一部分，可以适当进行变更、删除、与新的其他的构成要素的更换、限定内容的一部分删除。而且，为了解决上述的课题的一部分或全部，或者为了实现本说明书记载的效果的一部分或全部，可以将上述的本发明的一方式包含的技术特征的一部分或全部与上述的本发明的其他的方式包含的技术特征的一部分或全部组合，来作为本发明的独立的一方式。
[0017]本发明能够以燃料电池系统以外的各种方式实现。例如，能够以燃料电池的阻抗的计测装置或计测方法、校正方法、燃料电池系统的控制方法、实现上述的方法的计算机程序、存储有该计算机程序的非暂时性的记录介质等方式实现。
【附图说明】
[0018]图1是表示第一实施方式的燃料电池系统的结构的概略图。
[0019]图2是表示第一实施方式的燃料电池系统的电气性的结构的概略图。
[0020]图3是用于说明燃料电池的阻抗的说明图。
[0021]图4是表示控制部执行的燃料电池的运转控制的流程的说明图。
[0022]图5是表示阻抗校正基准值更新处理的流程的说明图。
[0023]图6是表示阻抗取得处理的流程的说明图。
[0024]图7是表示第二实施方式的燃料电池系统的电气性的结构的概略图。
[0025]图8是表示第二实施方式的阻抗校正基准值更新处理的流程的说明图。
[0026]图9是表示取代初始值而将校正基准值设定为替代初始值时的效果的说明图。
【具体实施方式】
[0027]A.第一实施方式:
[0028][燃料电池系统的结构]
[0029]图1是表示作为本发明的第一实施方式的燃料电池系统100的结构的概略图。该燃料电池系统100搭载于燃料电池车辆，根据来自驾驶者(使用者)的要求，输出作为驱动力使用的电力。燃料电池系统100具备控制部10、燃料电池20、阴极气体供给部30、阳极气体供给部50、制冷剂供给部70。
[0030]控制部10由具备中央处理装置和主存储装置的微型计算机构成，向主存储装置上读入程序并执行，由此发挥各种功能。控制部10控制燃料电池系统100的各结构部，具有执行使燃料电池20产生与输出要求对应的电力的燃料电池20的运转控制的功能。控制部10还具有取得燃料电池20的运转控制所使用的燃料电池20的阻抗并进行校正的作为阻抗处理部15的功能。关于控制部1的对燃料电池2 O的运转控制及阻抗处理部15的功能在后文叙述。
[0031]燃料电池20是接受作为反应气体的氢(阳极气体)和空气(阴极气体)的供给而发电的固体高分子型燃料电池。燃料电池20具有将多个单电池21层叠的堆叠结构。各单电池21分别是即使为单体也能够发电的发电要素，具有在电解质膜的两面上配置有电极的作为发电体的膜电极接合体和夹持膜电极接合体的两张分隔件(未图示)。电解质膜由在内部包含有水分的湿润状态时表现出良好的质子传导性的固体高分子薄膜构成。膜电极接合体的电极具有催化剂层和气体扩散层。
[0032]阴极气体供给部30具有向燃料电池20供给阴极气体的功能和将从燃料电池20的阴极侧排出的排水及阴极废气向燃料电池系统100的外部排出的功能。阴极气体供给部30在燃料电池20的上游侧具备阴极气体配管31、空气压缩器32、空气流量计33、开闭阀34。阴极气体配管31与燃料电池20的阴极侧的入口连接。空气压缩器32经由阴极气体配